一种用于迷宫竞赛的高精度电子鼠及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种用于迷宫竞赛的高精度电子鼠及使用方法，包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括机身模块、微处理器模块、电机驱动模块、传感器检测模块、记忆存储模块、电源模块，所述软件系统包括速度调节模块、中断模块、坐标算法模块、驱动模块、位置矫正模块。本发明专利技术的用于迷宫竞赛的高精度电子鼠采用双主动轮双从动轮的设计方案，以四轴测距式红外发射接收传感器作为主要检测装置，陀螺仪作为辅助检测装置，通过新型迷宫搜索算法对信号处理计算，控制低功耗高速空心杯直流电机的运转使微型迷宫电子鼠寻找出口，通过有机整合硬件系统与软件系统，最终使电子鼠具有体积小、速度快、精度高、稳定性高的特性。

【技术实现步骤摘要】
—种用于迷宫竞赛的高精度电子鼠及使用方法
本专利技术涉及。
技术介绍
迷宫电子鼠的概念最早由IEEE Spectrum杂志在七十年代提出，随后这项比赛从1979年美国纽约开始了竞赛征程，在欧洲、东南亚、日本、韩国等地区颇为盛行，至今已有32年的历史，已成为一项具有国际影响力的电子鼠竞赛。比赛中的电子鼠是一个小型的由微处理器控制的智能车辆，在复杂迷宫中具有译码和导航功能。它由微控制器，传感器和驱动机构等组成。综合了检测、人工智能、自动控制、嵌入式系统和机械等多个学科知识。这项赛事的开展不仅提高了人工智能和嵌入式系统等新兴技术的开发水平，而且拓展了技术研究领域和发展空间。2007年这项赛事被弓丨入中国，在短时间内迅速盛行。但是由于起步晚，与国际比赛相比还有很大差距。电子鼠迷宫竞赛是考察一个机电系统对一个未知环境的探索、分析以及决策能力的一种比赛，一只优秀的电子鼠必须具备良好的感知能力，有良好行走能力，优秀的智能算法和强健体魄。决定比赛胜负的关键不仅仅取决于电子鼠软件的控制决策和算法的设计，而且电子鼠硬件的设计也同样重要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种不仅体积小、速度快、精确度高、操作简便，而且能实时记忆、优化和修正运动路线的用于迷宫竞赛的高精度电子鼠。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案:一种用于迷宫竞赛的高精度电子鼠，包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括机身模块、微处理器模块、电机驱动模块、传感器检测模块、记忆存储模块、电源模块，所述软件系统包括速度调节模块、中断模块、坐标算法模块、驱动模块、位置矫正模块，所述微处理器模块、电机驱动模块、传感器检测模块、记忆存储模块、电源模块分别与机身模块相连，所述电源模块与电机驱动模块相连，所述记忆存储模块与微处理器模块相连，所述传感器检测模块与记忆存储模块相连，所述坐标算法模块与驱动模块相连，所述驱动模块与速度调节模块相连，所述速度调节模块与位置矫正模块相连，所述位置矫正模块与中断模块相连，所述速度调节模块通过传感器监测模块接收的信息控制电子鼠的速度，所述中断模块通过微处理器模块提供的数据进行中断，所述驱动模块通过电力驱动模块为电子鼠提供动力，所述坐标算法模块接收传感器监测模块的信息从而确定迷宫的坐标，所述位置矫正模块通过记忆存储模块和传感器监测模块共同提供的信息做出位置矫正。进一步地，所述机身模块包括底盘、减速齿轮、微型空心杯电机和传感器安装槽，所述机身模块为PCB机身模块，所述微型空心杯电机为两个，所述微型空心杯电机上设置有两个减速齿轮，所述微型空心杯电机的前后各设置有一个尼龙支撑块，所述机身模块前部设置有四组红外发射接收传感器，所述机身模块上设置有中轴线，所述红外发射接收传感器其中两组向正前方装置，所述红外发射接收传感器另外两组与中轴线成45°面向侧前方。进一步地，所述微处理器模块采用基于ARM Cortex_M3处理器内核LM3S1138为主控制器。进一步地，所述电机驱动模块上设置有两片BTS7960组成的H型全桥驱动电路，所述两片BTS7960组成的H型全桥驱动电路分别与两个微型空心杯电机相连。进一步地，所述传感器检测模块由装置在机身模块前部的红外发射接收传感器、与微型空心杯电机集合为一体的磁电式编码器和陀螺仪构成。[0011 ] 进一步地，所述记忆存储模块采用CAT24C256芯片。进一步地，所述电源模块包括7805稳压芯片、TPS7301稳压芯片和LM1117-3.3降压芯片。本专利技术要解决的另一技术问题是提供一种用于迷宫竞赛的高精度电子鼠的使用方法，包括以下步骤:I)、在微型空心杯电机上安装两个减速齿轮，并在微型空心杯电机的前后各装上一个尼龙支撑块，用以带动左右轮转动；2)、电子鼠在前进过程中，由红外发射接收传感器检测周围墙壁的信息；3)、步骤2红外发射接收传感器检测到的信息传送至微处理器模块，微处理模块和记忆存储模块连接，调出记忆存储模块中的路径数据，微处理模块进行分析和程序改进;4)、步骤3微处理器模块分析后的数据传送至磁电式编码器和陀螺仪传感器；5)、磁电式编码器和陀螺仪传感器通过接收的信息对电机的转速和方向进行调難iF.0本专利技术的用于迷宫竞赛的高精度电子鼠的有益效果:由于所述用于迷宫竞赛的高精度电子鼠以LM3S1138单片机为微型迷宫电子鼠的控制核心，能够在迷宫中寻找、记录、优化和修正路径，从而使电子鼠在最短的时间内到达终点；记忆存储模块采用CAT24C256实现电子鼠控制系统中的路径存储记忆功能，当微型迷宫电子鼠在迷宫中运行错误时，可以调出记忆模块储存的路径数据，便于分析和程序改进；机体选用双主动轮，双从动轮的方案，用微型空心杯电机提供动力，这样微型迷宫电子鼠容易控制，行走精确；采用空心杯电机与磁电式编码器集成于一体的装置，不仅可以做到实时监测微型迷宫电子鼠的行驶速度，而且体积小、可靠性高、抗干扰能力强；采用新的红外发射接收传感器排布方式，摒弃了传统微型电子鼠的左右水平方向的排布方式，使微型电子鼠具有一定的前瞻性，对于提升电子鼠的速度有很大帮助；采用型号为ITG-3200的陀螺仪，用来校正微型电子鼠在弧形运动时姿态上的误差，从而使微型电子鼠运动更加准确、节省时间；软件方面采用新型迷宫搜索算法，建立迷宫坐标、墙壁资料的存储、利用转弯加权等高图、通过全速冲刺与增加转弯半径方式，即:微型迷宫电子鼠以任一搜寻法则前进到达终点，返程时不沿原路返回，而是利用法则继续探寻迷宫直到抵达起点。从而使微型迷宫电子鼠具有效率高、精度高、稳定性好的特点。【附图说明】图1为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠的原理框图；图2为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠的软件系统原理框图；图3为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠机身结构设计流程图；图4为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠LM3S1138的封装图；图5为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠JTAG接口电路原理图；图6为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠系统复位电路原理图；图7为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠CAT24C256应用电路原理图；图8为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠轮胎设计原理图；图9为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠电源稳压电路原理图；图10为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠TPS7301稳压电路原理图；图11为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠LM1117-3.3稳压电路原理图；图12为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠BTS7960内部电路原理图；图13为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠全桥驱动电路原理图；图14为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠红外发射一接收检测电路原理图；图15为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠红外发射接收传感器排布图；图16为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠陀螺仪ITG-3200的内部电路图；图17为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠陀螺仪ITG-3200所测角速度方向与输出电压大小参考图；图18为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠总体程序流程图；图19为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠红外发射接收传感器输出电压与实际距离的关系；图20为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠的最佳姿势图；图21为本专利技术用于迷宫竞赛的高精度电子鼠两侧都有墙壁的左侧位置偏差示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于迷宫竞赛的高精度电子鼠，其特征在于：包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括机身模块、微处理器模块、电机驱动模块、传感器检测模块、记忆存储模块、电源模块，所述软件系统包括速度调节模块、中断模块、坐标算法模块、驱动模块、位置矫正模块，所述微处理器模块、电机驱动模块、传感器检测模块、记忆存储模块、电源模块分别与机身模块相连，所述电源模块与电机驱动模块相连，所述记忆存储模块与微处理器模块相连，所述传感器检测模块与记忆存储模块相连，所述坐标算法模块与驱动模块相连，所述驱动模块与速度调节模块相连，所述速度调节模块与位置矫正模块相连，所述位置矫正模块与中断模块相连，所述速度调节模块通过传感器监测模块接收的信息控制电子鼠的速度，所述中断模块通过微处理器模块提供的数据进行中断，所述驱动模块通过电力驱动模块为电子鼠提供动力，所述坐标算法模块接收传感器监测模块的信息从而确定迷宫的坐标，所述位置矫正模块通过记忆存储模块和传感器监测模块共同提供的信息做出位置矫正。

【技术特征摘要】
1.一种用于迷宫竞赛的高精度电子鼠，其特征在于:包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括机身模块、微处理器模块、电机驱动模块、传感器检测模块、记忆存储模块、电源模块，所述软件系统包括速度调节模块、中断模块、坐标算法模块、驱动模块、位置矫正模块，所述微处理器模块、电机驱动模块、传感器检测模块、记忆存储模块、电源模块分别与机身模块相连，所述电源模块与电机驱动模块相连，所述记忆存储模块与微处理器模块相连，所述传感器检测模块与记忆存储模块相连，所述坐标算法模块与驱动模块相连，所述驱动模块与速度调节模块相连，所述速度调节模块与位置矫正模块相连，所述位置矫正模块与中断模块相连，所述速度调节模块通过传感器监测模块接收的信息控制电子鼠的速度，所述中断模块通过微处理器模块提供的数据进行中断，所述驱动模块通过电力驱动模块为电子鼠提供动力，所述坐标算法模块接收传感器监测模块的信息从而确定迷宫的坐标，所述位置矫正模块通过记忆存储模块和传感器监测模块共同提供的信息做出位置矫正。2.如权利要求1所述的一种用于迷宫竞赛的高精度电子鼠，其特征在于:所述机身模块包括底盘、减速齿轮、微型空心杯电机和传感器安装槽，所述机身模块为PCB机身模块，所述微型空心杯电机为两个，所述微型空心杯电机上设置有两个减速齿轮，所述微型空心杯电机的前后各设置有一个尼龙支撑块，所述机身模块前部设置有四组红外发射接收传感器，所述机身模块上设置有中轴线，所述红外发射接收传感器其中两组向正前方装置，所述红外发射接收传感器另外两组与中轴线成45°面向侧前方。3.如权利 要求1所述的一种用于迷宫竞...

【专利技术属性】
技术研发人员：金余义，麻名蕊，王磊，吴伟，田玺祥，
申请(专利权)人：青岛工学院，
类型：发明
国别省市：山东;37